工業(yè)實時操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

第1章 工業(yè)實時操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢分析 1
1.1 相關(guān)研究概述 1
1.2 國內(nèi)外主要產(chǎn)品 2
1.2.1 國外主要產(chǎn)品 2
1.2.2 國內(nèi)主要產(chǎn)品 3
1.3 工業(yè)實時操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 5
1.3.1 實時操作系統(tǒng)內(nèi)核 5
1.3.2 中間件層 8
1.3.3 輔助設(shè)計工具 8
1.4 工業(yè)協(xié)議 9
1.4.1 協(xié)議功能 9
1.4.2 協(xié)議分類 10
1.4.3 協(xié)議特點 11
1.5 應(yīng)用場景 12
1.5.1 造紙行業(yè)（流程型） 12
1.5.2 煉化行業(yè)（流程型） 13
1.5.3 日化行業(yè)（離散型） 13
1.5.4 材料加工行業(yè)（離散型） 13
1.6 發(fā)展趨勢 14
1.6.1 輕量化趨勢 14
1.6.2 虛擬化及云化趨勢 14
1.6.3 跨平臺移植及網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用 15
1.7 本章參考文獻 15
第2章 工業(yè)實時操作系統(tǒng)安全現(xiàn)狀分析 18
2.1 相關(guān)研究概述 18
2.2 典型工業(yè)實時操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 18
2.2.1 SCADA系統(tǒng) 18
2.2.2 DCS系統(tǒng) 20
2.2.3 PLC系統(tǒng) 21
2.2.4 OCNC系統(tǒng) 22
2.2.5 DNC系統(tǒng) 25
2.2.6 Robot系統(tǒng) 29
2.3 工業(yè)實時操作系統(tǒng)安全問題 34
2.3.1 安全威脅分析 34
2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及技術(shù) 36
2.3.3 互聯(lián)接入的持續(xù)增長 36
2.3.4 具有欺詐性的鏈接 37
2.3.5 公共信息 37
2.4 工業(yè)操作系統(tǒng)安全防護要點 38
2.4.1 管理保障 38
2.4.2 物理防護 39
2.4.3 入侵判斷 41
2.4.4 入侵防御 41
2.5 工業(yè)實時操作系統(tǒng)攻擊場景 42
2.5.1 通過現(xiàn)場總線響應(yīng)延遲漏洞攻擊模擬 42
2.5.2 通過控制以太網(wǎng)交換設(shè)備攻擊模擬 45
2.5.3 通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)攻擊 48
2.5.4 對工業(yè)控制無線網(wǎng)絡(luò)的攻擊 49
2.5.5 Havex——專門針對工業(yè)控制系統(tǒng)的新型攻擊 50
2.5.6 其他典型領(lǐng)域場景 52
2.6 工業(yè)實時操作系統(tǒng)視角下的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全性分析 54
2.6.1 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全概述 54
2.6.2 工業(yè)實時操作系統(tǒng)視角下的車聯(lián)網(wǎng) 56
2.7 本章參考文獻 61
第3章 工業(yè)實時操作系統(tǒng)低功耗調(diào)度算法 62
3.1 相關(guān)研究概述 62
3.2 引入關(guān)鍵速度的LA-EDF-CRITICAL算法 63
3.2.1 任務(wù)模型 63
3.2.2 引入關(guān)鍵速度的LA-EDF-CRITICAL算法介紹 64
3.2.3 實驗與分析 66
3.3 面向硬實時系統(tǒng)的零星任務(wù)低功耗調(diào)度算法 67
3.3.1 任務(wù)模型 67
3.3.2 研究動機 68
3.3.3 DVSSTSTA算法 70
3.3.4 實驗與分析 73
3.4 基于平衡因子的動態(tài)偶發(fā)任務(wù)低功耗調(diào)度算法 74
3.4.1 任務(wù)模型 74
3.4.2 研究動機 75
3.4.3 平衡因子算法 77
3.4.4 動態(tài)偶發(fā)任務(wù)低功耗調(diào)度算法介紹 79
3.4.5 動態(tài)功耗對比實例 81
3.4.6 LP-DSAFST算法可調(diào)度性分析 82
3.4.7 實驗與分析 84
3.5 本章參考文獻 88
第4章 面向工業(yè)實時操作系統(tǒng)的可靠性協(xié)同優(yōu)化調(diào)度算法 91
4.1 相關(guān)研究概述 91
4.2 基于滑動窗口的低功耗高可靠調(diào)度算法 92
4.2.1 基于滑動窗口的低功耗高可靠調(diào)度算法的模型 92
4.2.2 問題定義 95
4.2.3 低能耗與可靠性優(yōu)化調(diào)度算法 95
4.2.4 實驗結(jié)果與分析 105
4.3 工業(yè)實時操作系統(tǒng)的低功耗和可靠性協(xié)同優(yōu)化算法 110
4.3.1 任務(wù)模型與能耗模型 110
4.3.2 低能耗與可靠性協(xié)同優(yōu)化調(diào)度算法 113
4.3.3 能耗與可靠性實例分析 118
4.3.4 實驗與分析 122
4.4 本章參考文獻 125
第5章 工業(yè)實時操作系統(tǒng)多核處理器低功耗調(diào)度算法 127
5.1 相關(guān)研究概述 127
5.2 多核處理器低功耗調(diào)度算法介紹 128
5.2.1 混合任務(wù)系統(tǒng)調(diào)度模型 129
5.2.2 EARTAMT算法 129
5.3 實例分析 134
5.4 實驗與分析 136
5.4.1 總利用率 136
5.4.2 非周期任務(wù)負載 138
5.5 本章參考文獻 139
第6章 工業(yè)實時操作系統(tǒng)低功耗數(shù)據(jù)清洗算法 140
6.1 相關(guān)研究概述 140
6.2 系統(tǒng)信息模型 141
6.2.1 系統(tǒng)調(diào)度模型 141
6.2.2 能耗模型 142
6.2.3 數(shù)據(jù)模型 143
6.3 低功耗數(shù)據(jù)清洗算法介紹 143
6.3.1 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)：MTConnect 143
6.3.2 網(wǎng)內(nèi)節(jié)能數(shù)據(jù)清洗算法 144
6.3.3 匯聚節(jié)點通信的低功耗協(xié)議 148
6.4 實例分析 149
6.5 實驗與分析 150
6.5.1 數(shù)據(jù)清洗實驗 150
6.5.2 HMS-CPMTS的能耗實驗 152
6.6 本章參考文獻 153
第7章 面向工業(yè)實時操作系統(tǒng)的邊緣計算檢測算法 156
7.1 相關(guān)研究概述 156
7.1.1 數(shù)字孿生 156
7.1.2 邊緣計算 156
7.2 邊緣計算檢測算法介紹 157
7.2.1 一元離群點邊緣計算檢測算法 159
7.2.2 多元參數(shù)關(guān)系的邊緣計算檢測算法 160
7.3 原型開發(fā) 162
7.3.1 MTConnect代理 163
7.3.2 MTConnect適配器 163
7.3.3 局部DT 164
7.3.4 云中DT 165
7.4 算法實驗 167
7.4.1 測試驗證集 167
7.4.2 異常檢測結(jié)果分析 169
7.4.3 邊緣計算和云計算耗時 171
7.5 本章參考文獻 172
第8章 基于云邊協(xié)同的工業(yè)實時操作系統(tǒng)任務(wù)卸載方法 175
8.1 相關(guān)研究概述 175
8.2 云邊協(xié)同方法 176
8.2.1 系統(tǒng)模型 176
8.2.2 卸載策略 178
8.3 案例研究 182
8.3.1 物理裝置和實驗環(huán)境 183
8.3.2 網(wǎng)絡(luò)層：MTDT建模和部署 184
8.3.3 應(yīng)用層：刀具PHM 187
8.4 本章參考文獻 188
第9章 工業(yè)生產(chǎn)線三維檢測與交互算法 190
9.1 相關(guān)研究 190
9.2 問題描述與方案 191
9.3 數(shù)字孿生模型 192
9.3.1 離線靜態(tài)模型 193
9.3.2 在線動態(tài)投票環(huán)節(jié) 195
9.4 實驗與驗證 199
9.4.1 實驗平臺 199
9.4.2 實驗結(jié)果與分析 199
9.5 本章參考文獻 201
第10章 面向工業(yè)實時操作系統(tǒng)的人工智能芯片測評技術(shù) 204
10.1 相關(guān)研究概述 204
10.1.1 人工智能芯片的分類 204
10.1.2 人工智能芯片的衡量和評價指標(biāo) 206
10.1.3 人工智能芯片的測評方法 207
10.2 人工智能芯片測評研究現(xiàn)狀 207
10.2.1 架構(gòu)層面的測評研究現(xiàn)狀 207
10.2.2 應(yīng)用層面的測評研究現(xiàn)狀 208
10.2.3 測評研究綜合分析 210
10.3 未來研究趨勢 210
10.3.1 加強架構(gòu)層面的測評研究 210
10.3.2 建立靈活的測評方法研究 211
10.3.3 開展基于新興器件的測評研究 211
10.4 本章參考文獻 211
結(jié)束語 213